CN112382676B - 基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，包括：使用激光在硅片上刻蚀双凹槽结构以限制栅线印刷区域，利用激光诱导银浆薄膜在透明基片和双凹槽限制区域之间产生银浆桥，使激光沿着凹槽间隔区域延伸方向扫描，从而实现对银浆桥的拓展。通过垂直移动透明基片对银浆桥进行拉伸，直至银浆桥断裂，最终在硅片上获得具有高精度、高高宽比的栅线。本发明相比于传统的丝网印刷技术，能够降低成本，减少破损率。相比于原有的激光诱导转移方法，由于凹槽的存在，银浆和硅片的接触区域被限制在了凹槽间隔区域内。因此可以获得宽度更加稳定，具有更高精、更高高宽比的栅线。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，具体涉及到利用激光诱导前向转移技术(Laser induced forward transfer,简称LIFT)来实现光伏太阳能电池栅线印刷的方法，属于激光应用及光伏技术领域。
背景技术
光伏太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转换成电能的器件。太阳能电池正面电极化作为光伏太阳能电池生产过程中最为重要的步骤之一，往往采用丝网印刷的方式将太阳能正面银浆印刷至电池板正面。但丝网印刷存在两大缺陷，首先丝网印刷是一种接触式的印刷方式，在印刷过程中容易导致硅片的破损。其次，由于太阳能正面银浆粘度大，颗粒尺寸大。在印刷过程中，容易出现丝网堵塞的问题，并进一步影响到印刷的质量。为防止丝网堵塞，每印刷一段时间后便需对丝网进行清洗，从而造成银浆的大量浪费，大大增加生产成本，因此需要一种新的印刷技术改变现状。
激光诱导前向转移技术(LIFT技术)是一种材料沉积技术。LIFT技术是将目标材料事先以薄膜的形式涂抹到透明基片上，并让目标材料薄膜面朝下方与接收基片保持一定距离，让激光透过透明基片照射到目标材料上，并引发局部区域内的材料转移。因此，LIFT技术是一种无需掩模、非接触式的高精度微量转移技术。由于LIFT技术无需接触，能够有效避免印刷过程中所造成的硅片破损。另一方面LIFT技术无需掩模，也就不存在堵塞问题。因此该技术在太阳能电池正面电极化过程中有巨大的应用前景。
目前为止，LIFT技术已经证明可以应用于太阳能电池正面电极化，但由于转移机理的限制，只能获取宽度在40μm以上的栅线，栅线的高宽比在0.5左右，并且所获得栅线宽度会有微小波动，波动在±5μm。因此，行业内为了突破转移机理的限制，获得宽度更稳定，具有更高精度、更高高宽比的栅线，需要对原有转移方法进行改良。
发明内容
本发明的目的，主要是设计一种基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，通过该方法能够获得宽度稳定，具有高精度、高高宽比的栅线。
本发明的上述目的技术由以下技术方案实现：
一种基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，包括：
步骤S1，在待印刷硅片制绒前，利用激光在待印刷硅片栅线预设印刷位置的左右边缘分别刻蚀凹槽，其中两凹槽间隔的区域为栅线预设印刷位置；
步骤S2，将太阳能电池正面银浆涂抹至透明基片上，形成银浆薄膜，并将银浆薄膜面朝下方，并与待印刷硅片保持预设距离的间隙g；
步骤S3，激光光束照射到银浆薄膜上，激光能量被银浆薄膜吸收，并产生高压气泡，高压气泡膨胀会推动银浆薄膜撞击待印刷硅片，并在银浆薄膜和栅线预设印刷位置区域形成银浆桥；
步骤S4，激光光束沿着凹槽方向进行扫描，得到一条长度为p的银浆桥；
步骤S5，根据所需印刷的栅线数目n在与凹槽垂直方向移动激光光束，重复步骤S3、S4，直至完成对整张硅片的扫描，在透明基片和硅片之间得到n条长度为p的银浆桥；
步骤S6，将透明基片垂直匀速升起，从而拉伸银浆桥直至断裂，产生栅线；
步骤S7，将完成栅线印刷的硅片进行烧结，使栅线和硅片产生有效的电气连接。
优选地，激光光束为脉冲激光，相邻脉冲的激光光束间距z为激光光斑尺寸的一半。
优选地，步骤S4包括激光光束沿着凹槽方向进行扫描，相邻脉冲的激光光束影响的区域部分重叠，后一束激光照射了银浆薄膜后，对已产生的银浆桥拓展。
优选地，凹槽深度为s，凹槽宽度为w；其中凹槽深度s大于10微米，凹槽宽度w大于50微米。
优选地，银浆粘度为50pa·s，银浆薄膜厚度为50微米，预设距离的间隙g在30微米至50微米之间。
优选地，步骤S3至步骤S5中的激光光斑尺寸在100微米至150微米之间。
优选地，在步骤S2中，通过刮涂的方式将太阳能电池正面银浆涂抹至透明基片上。
本发明的有益效果：
本发明相比于丝网印刷，该方法无需接触硅片，因此能够避免对硅片施压所造成的破损。另一方面由于无需丝网，所以不需要在每生产一段时间就对丝网进行清洗，从而节约了银浆，降低了生产成本。
本发明相比于原有的激光诱导前向转移技术，由于凹槽的存在，银浆和硅片的接触区域被限制在了凹槽限制区域内，银浆薄膜仅会和凹槽间隔区域(栅线预设印刷位置)相接触，因此可以获得宽度更加稳定栅线，且栅线的宽度由凹槽间隔区域的宽度所决定，比通过能量密度控制宽度的方法更加稳定。此外栅线印刷精度由两凹槽间间距控制，因而能实现更高精、更高高宽比的栅线。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围限制。
附图说明
图1是本发明实施例中激光在硅片上刻蚀双凹槽结构的过程图。
图2是本发明实施例中激光刻蚀的双凹槽结构在共聚焦显微镜下的图。
图3是本发明实施例中激光诱导银浆转移在凹槽横截面视角的过程图。
图4是本发明实施例中激光诱导银浆转移在栅线延长方向视角的过程图。
图5显示了运用本发明所印刷的栅线在共聚焦显微镜下的图像。
主要附图标记：
1.激光 2.硅片
3.透明基片 4.银浆薄膜
5.气泡 6.银浆桥
7.栅线 8.凹槽
9.凹槽限制区域
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
本实施例中实现的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法的具体步骤包括：
步骤1：激光刻蚀双凹槽结构以限制栅线印刷区域：在硅片2制绒前，利用激光1在硅片2上栅线预设印刷位置处刻蚀左右两条凹槽8，凹槽8间保持一定的间距l。如图1-2所示，凹槽深度为s，凹槽宽度为w。此时两凹槽限制区域9便是预设的栅线印刷区域，后续栅线7的印刷会被限制在这个区域内。
步骤2：制备银浆薄膜：通过刮涂的方式将太阳能电池正面银浆涂抹至透明基片3上，形成具有一定厚度d的银浆薄膜4，并将银浆薄膜4面朝下方和待印刷硅片2保持一定距离的间隙g。
步骤3：激光诱导生成银浆桥至双凹槽结构限制区域：激光1照射到银浆薄膜4上，激光能量被银浆薄膜4吸收，并产生高压气泡5，高压气泡5膨胀会推动银浆薄膜4撞击硅片2，由于凹槽8的存在，银浆薄膜4仅会和凹槽间隔区域9相接触，并在银浆薄膜4和凹槽限制区域9之间形成稳定的银浆桥6，如图3展示了凹槽横截面视角的激光诱导银浆转移的过程。
步骤4：激光沿凹槽方向扫描拓展银浆桥：激光1沿着凹槽间隔区域8延伸的方向进行扫描，相邻脉冲的激光光束间距保持为z，相邻脉冲的激光光束间影响的区域会部分重叠，从而导致后一束激光照射了银浆薄膜4后，并不是会产生一条新的银浆桥6，而是对已产生的银浆桥6拓展。当激光1沿直线扫描完毕后，会得到一条长度为p的银浆桥6。并且该银浆桥6的长度p和期望印刷的栅线7长度相近，如图4展示了栅线延长方向视角的激光诱导银浆转移的过程。
步骤5：根据所需印刷的栅线数目n在与凹槽垂直方向移动激光光束，重复步骤3、4，直至完成对整张硅片2的扫描。此时，透明基片3和硅片2之间存在着n条长度为p的银浆桥6，
步骤6：透明基片垂直上升，拉伸银浆桥直至断裂从而产生栅线：根据所需印刷的栅线7数目n，n>1，为了使所有的银浆桥6均匀断裂，需控制透明基片3垂直且匀速升起，并将所有的银浆桥6拉伸至断裂。此时，硅片2正面栅线7才算全部印刷完成。并在经过烧结炉烧结后，栅线和硅片产生有效的电气连接。
在本技术方案中，凹槽深度s应大于10微米，凹槽宽度w应大于50微米，以确保在银浆薄膜4膨胀过程中，仅有凹槽限制区域9会和银浆薄膜4接触，避免产生不期望的转移。
进一步的，银浆粘度应在50pa·s左右，此时银浆薄膜厚度d应在50微米左右，板间间距g应在30微米在50微米之间。如果银浆粘度大幅度改变，则需要对薄膜厚度d以及板间间距g进行相应调整，以取得最佳效果。
进一步的，激光光斑尺寸m应在100微米至150微米之间，激光光斑尺寸m太小，能量过于集中容易导致银浆薄膜4破碎。激光光斑尺寸m太大，完成转移所需的激光功率也就越大，增加设备成本。激光光束间距z应为激光光斑尺寸m的一半，以确保银浆桥6拓展的连续性。如果激光光束间距z选取过大，容易导致部分区域银浆桥6无法成功拓展，从而出现栅线7断栅的情况。如果间距z选取过小，则会导致薄膜4膨胀过度，从而黏附至凹槽限制区域9外的区域。
图5显示了运用本发明所印刷的栅线7在共聚焦显微镜下的图像。
以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，但并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本报发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在待印刷硅片制绒前，利用激光在待印刷硅片栅线预设印刷位置的左右边缘分别刻蚀凹槽，其中两凹槽间隔的区域为栅线预设印刷位置；
步骤S2，将太阳能电池正面银浆涂抹至透明基片上，形成银浆薄膜，并将银浆薄膜面朝下方，并与待印刷硅片保持预设距离的间隙g；
步骤S3，激光光束照射到银浆薄膜上，激光能量被银浆薄膜吸收，并产生高压气泡，高压气泡膨胀会推动银浆薄膜撞击待印刷硅片，并在银浆薄膜和栅线预设印刷位置区域形成银浆桥；
步骤S4，激光光束沿着凹槽方向进行扫描，得到一条长度为p的银浆桥；
步骤S5，根据所需印刷的栅线数目n在与凹槽垂直方向移动激光光束，重复步骤S3、S4，直至完成对整张硅片的扫描，在透明基片和硅片之间得到n条长度为p的银浆桥；
步骤S6，将透明基片垂直匀速升起，从而拉伸银浆桥直至断裂，产生栅线；
步骤S7，将完成栅线印刷的硅片进行烧结，使栅线和硅片产生有效的电气连接。
2.根据权利要求1所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：激光光束为脉冲激光，相邻脉冲的激光光束间距z为激光光斑尺寸的一半。
3.根据权利要求2所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：步骤S4包括激光光束沿着凹槽方向进行扫描，相邻脉冲的激光光束影响的区域部分重叠，后一束激光照射了银浆薄膜后，对已产生的银浆桥拓展。
4.根据权利要求1所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：凹槽深度为s，凹槽宽度为w；其中凹槽深度s大于10微米，凹槽宽度w大于50微米。
5.根据权利要求1所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：银浆粘度为50pa·s，银浆薄膜厚度为50微米，预设距离的间隙g在30微米至50微米之间。
6.根据权利要求2所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：步骤S3至步骤S5中的激光光斑尺寸在100微米至150微米之间。
7.根据权利要求1所述的基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法，其特征在于：在步骤S2中，通过刮涂的方式将太阳能电池正面银浆涂抹至透明基片上。
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